2026年一建【矿业】周 华，04.04-第1篇-第1章-1.2-矿业工程地质和水文地质（二）
1.2 矿业工程地质和水文地质
3.影响岩体力学性质的因素
1）地应力对岩体力学性质的影响【2025多】
地应力主要由自重应力和构造应力组成，有时还存在流体应力和温差应力。地应力可以通过地应力测量获得。
自重应力与地层深度成正比，可以计算。构造应力是指由地质构造运动引起在岩体内的应力或是其残余应力，一般可分析其应力大致方向，但目前还不能确定其大小。
- 地应力影响岩体的承载能力。地应力对岩体形成的围压越大，其承载能力越大。通常，井巷越深，或受构造影响的围岩，其承受的压力就越大，围岩破碎的情况也越严重。构造应力往往较大，其破坏作用严重，但是构造应力的分布是局域性的。构造应力一般以水平应力为主，对巷道而言其主作用方向指向岩帮，或者顺着巷道的某个方向。
- 地应力影响岩体的变形和破坏机制。
- 地应力影响岩体中的应力传播。
2）地下水对岩体力学性质的影响
- 地下水对岩体的物理作用主要是软化、分割、润滑、泥化、崩解、冻融和热熔等。
- 地下水对岩体的化学作用主要是指地下水与岩体之间的离子交换、溶解作用（岩溶）、水化作用（膨胀岩的膨胀）、水解作用、溶蚀作用、氧化还原作用等。
- 地下水对岩体的力学作用主要通过孔隙静水压力和孔隙动水压力作用对岩体的力学性质施加影响。
4.围岩稳定性及其影响因素围岩稳定是指在一定的时间内，一定的自然条件和人为因素的影响下，岩体不产生破坏和失稳。围岩稳定性是指岩体在各种力的作用下保持其原有结构和强度的能力。
围岩的稳定性、岩体的变形与破坏，主要取决于岩体内各种结构面的性质及其对岩体的切割程度。边坡岩体破坏，地基岩体滑移，矿山井巷工程围岩的塌落，大多数是沿着岩体中的软弱结构面发生的。岩体结构在岩体的变形与破坏中起到了主导作用。
影响围岩稳定性的因素主要有以下几个方面：
- 岩石强度：岩石的抗压、抗拉和抗剪强度越高，岩体抵抗变形和破坏的能力就越强，稳定性也就越好。例如，花岗岩等强度较高的岩石组成的岩体，比页岩等强度较低的岩石组成的岩体更稳定。
- 岩体结构面：断层、节理、层理等结构面的存在，破坏了岩体的完整性，使岩体的强度降低，渗透性增加，从而影响岩体的稳定性。结构面的产状、密度、粗糙度、充填物等特征对岩体稳定性有重要影响。
- 静水压力：地下水在岩体孔隙和裂隙中产生静水压力，会降低岩石的有效应力，使岩石强度降低。同时，水对岩石的软化、泥化作用，会进一步削弱岩石的强度，从而影响岩体的稳定性。遇水易软化的岩石，在地下水的作用下，岩体稳定性会显著降低。
- 原岩应力：对于深部矿山工程施工，高地应力会引起巷道围岩变形、岩爆等问题，影响围岩稳定性。
工程爆破产生的地震波和冲击应力，会对岩体造成损伤。
5.常用岩体工程分类
- 《岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范》GB 50086-2015中的有关“围岩分级”，详见表2-1。
（略）
- 《煤矿井巷工程施工标准》GB/T 50511-2022中的“岩层稳定性分类”见表2-2。
《煤矿井巷工程施工标准》GB/T50511—2022
| 表1.2-2 岩层稳定性分类 | |||
| 分类 | 岩层描述 | 岩种举例 | |
| 类别 | 名称 | ||
| Ⅰ | 强稳定岩层 | ①坚硬、完整、整体性强，不易风化；②层状岩层，层间胶结较好，无软弱夹层 | 玄武岩、石英岩、石英质砂岩、奥陶纪石灰岩、茅口石灰岩等 |
| Ⅱ | 稳定岩层 | ①比较坚硬；②层状岩层，胶结较好；③坚硬块状岩层，裂隙面闭合无泥质充填 | 砾岩、胶结好的砂岩、石灰岩等 |
| Ⅲ | 中等稳定岩层 | ①中硬岩层；②层状岩层以坚硬为主，夹有少数 | 砂岩、砂质泥岩、粉砂 |
| 软岩层；③较坚硬的块状岩层 | 岩、石灰岩等 | ||
| IV | 弱稳定岩层 | ①较软岩层；②中硬层状岩层；③中硬块状岩层 | 泥岩、胶结不好的砂岩、煤等 |
| V | 不稳定岩层 | ①高风化、潮解的松软岩层；②各类破碎岩层 | 泥岩、软质灰岩、破碎砂岩等 |
1.2.3 地质构造及其对矿山工程的影响
1.地质构造形式及岩层产状要素
- 地质构造形式
常见的地质构造形迹有岩层褶皱、断裂等。
- 岩层产状要素 岩层的展布状态有水平岩层和倾斜岩层。岩层产状接近于水平（倾角小于5°）的岩层称为水平岩层，又称为水平构造。岩层层面与水平之间有一定夹角时，称为倾斜岩层，又称为单斜构造。绝大多数岩层是倾斜岩层。
倾斜岩层的产状可用岩层面的走向、倾向和倾角三个产状要素来表示。通过岩层产状的三个要素，能表达经过构造变动后的构造形式在空间的位置。走向是倾斜岩层面与水平面的交线。倾向指岩层倾斜向下且与走向正交的方向。倾角是岩层层面与水平面的交角。
2.褶皱构造及其对矿山工程的影响
- 基本形式及要素褶皱在沉积岩中最为明显。褶皱构造中任何一个单独的弯曲称褶曲，褶曲是组成褶皱的基本单元，褶曲有背斜和向斜。褶曲要素包括核部、翼部、轴面、枢纽、轴线、脊线、槽线。
- 褶皱构造对矿山工程的影响（1）褶皱核部的工程地质评价由于褶皱核部是岩层受构造应力最为强烈、最为集中的部位。其中，背斜的核部不易存留地下水，而向斜的核部更易存留地下水。因此，矿山工程在褶皱核部容易遇到的工程地质问题主要是由于岩层破碎产生的岩体稳定问题和向斜核部地下水的问题。矿山井巷工程施工通过该区域时，应加强支护，防止顶板岩层的冒落、涌水甚至突水事故的发生。
（2）褶皱翼部的工程地质评价对于井巷工程，从褶皱翼部通过是比较有利的。中间有软弱岩层或软弱结构面时，则在顺倾向一侧的巷道帮部，有时会出现明显的偏压现象。在褶皱翼部掘进巷道时应重点观察岩层的倾角及大小变化、是否存在软弱夹层等现象，及时加强支护。
3.断裂构造及其对矿山工程的影响 根据断裂后两侧岩块有无相对位移，分为裂隙（节理）和断层。裂隙是岩层断裂后两侧岩块没有明显位移的小型断裂构造。断层是岩层受力断裂后两侧岩块发生位移的断裂构造。
1）裂隙（节理）对矿山工程的影响
- 裂隙破坏岩石的完整性，并加快岩石风化速度。
- 裂隙降低了岩石强度、地基承载力、稳定性。
- 裂隙的存在有利于挖方采石，裂隙构造对石材矿山影响非常显著，其发育程度直接关系到石材矿山的荒料率。
- 井巷工程中，岩体中的裂隙会影响爆破作用的效果。（5）裂隙是地下水的良好的通道，它增强了岩体的透水性，对矿山工程不利，会在井巷施工中造成涌水。
2）断层对矿山工程的影响
- 断层是软弱结构面（带），容易引起矿山井巷工程顶板冒落、围岩严重变形甚至垮塌，给支护造成严重困难。
- 断层截断岩层，可改变矿层位置。
- 断层存在还可能严重地改变岩层的透水条件，断层容易引起大涌水甚至出现突水危害。
- 在新构造运动强烈地区，可能活动并诱发断层地震。
【2020年】关于地质构造对矿山工程影响的说法，错误的是（ ）。
A.断层破坏岩层稳定性，容易引起顶板冒落，给支护造成困难
B.断层可能影响岩层透水条件，容易引起大涌水甚至突水
C.向斜轴部顶板压力增大，是煤矿瓦斯突出的危险区域
D.背斜轴部顶板破碎，应力得到释放，巷道容易维护答案：D
解析：巷道不宜布置在背斜轴部位置。
4.矿图及其应用
- 基本矿图及其应用：包括井田地形地质图、工业场地平面图、井底车场平面图、采掘工程平面图、主要巷道平面图、井上下对照图、井筒断面图、主要保护矿柱图。
- 常用地质图的特点和用途：钻孔柱状图、地质剖面图、底板等高线图、矿井综合水文地质图、矿井综合水文地质柱状图、矿井水文地质剖面图、矿井充水性图、矿井含水层（组）等水位（压）线图、矿区岩溶图。
1.2.4 矿山工程水文地质条件分析与应用
1.地下水的分类
地下水根据其埋藏条件分为上层滞水、潜水和承压水，根据含水层性质分为孔隙水、裂隙水、岩溶水和多年冻土带水。
2.矿井涌水的主要来源
- 大气降水大气降水是矿井充水的主要因素之一。对于地下开采矿井，大气降水是通过补给含水层构成矿井的间接充水水源，而对于露天矿井则是直接充水水源。
- 地表水
分布于井田范围或附近的地表水，可能成为矿井的充水水源。一般常年性水流以定水头渗入矿井中，形成大而稳定的矿井涌水量。季节性小河，在雨季时可能对矿井有一定的威胁。当其以溃入形式进入矿井时，水砂俱下，导致井巷淹没。
- 含水层（带）水
含水层（带）水通常是矿井最重要的充水水源。
- 老窑水当井巷施工接近老窑、古井及积水废巷时，常发生突然涌水。其特点是：
- 短时间可有大量水进入井巷，来势猛，破坏性大，易造成淹井事故；
- 因水中含有硫酸根离子，对井下设备有一定腐蚀性；
- 当这种水源和其他水源无联系时，很容易疏干，否则可造成大量而稳定的涌水，危害性也大。
3.矿井主要充水通道
- 岩石的孔隙与岩石的裂隙。
- 断裂构造带：逆断层透水性差，正断层透水性强。
- 导水陷落柱。
- 岩溶塌陷及“天窗”：“天窗”是浅部隔水层发育缺失所形成的导水通道，是浅部松散含水层充水的常见通道。
- 人为因素产生的矿井通水通道：未封闭或封闭不良的钻孔。矿井长期排水导致形成的通道。采掘活动形成的通道。
4.矿井水文地质观测
- 钻孔水位观测：测量工具用铅制测水盅或电测水位计。
- 矿井涌水量的观测：浮标法、堰测法、容积法和观测水仓水位法。
- 矿井涌水量的预测方法：地下水动力学法（大井法）；水文地质比拟法；涌水量与水位降深曲线法。
5.矿井水文地质类型划分根据《煤矿防治水细则》，矿井水文地质类型分为简单、中等、复杂、极复杂四种类型。
矿井水文地质类型应当每三年进行重新确定。矿井应当在恢复生产前重新确定本单位的水文地质类型。水文地质条件复杂、极复杂矿井应当每月至少开展一次水害隐患排查；其他矿井应当每季度至少开展一次。
6.矿井水文地质工作的基本任务
- 井筒施工、巷道掘进、回采工作面水文地质观测工作；
- 进一步查明影响矿井充水的因素，对矿井突水、涌水量的预测；
- 提供矿井防水、探水及疏水方案和措施的有关水文地质资料；
- 水文地质长期观测工作；
- 研究和解决矿区（井）供水水源及矿井水的综合利用。
【2023年二建】 井巷施工中突水量大、来势凶猛、水中含有大量硫酸根离子，可预测出突水水源是
（ ）。 A.地表水
B.地下水
C.大气降水
D.老窑水答案：D
【2012年二建】当巷道接近老窑发生突水时，能判断其另有水源联系的依据是（ ）。
A.涌入的水中有明显的硫酸根离子
A.瞬时有大量水涌入巷道
C.后期涌水趋于稳定且不易疏干
D.设备浸泡后出现明显锈迹答案：C
解析：当涌水水源和其他水源无联系时，很容易疏干；否则，可造成大量而稳定的涌水，危害性也大。
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